Tím fyzikov z City College of New York (CCNY) predstavil nový spôsob, ako riadiť elektronické vlastnosti magnetických Weylových polovodičov. Tieto materiály majú výnimočné charakteristiky, pretože elektróny v nich sa správajú ako bezhmotné častice nazývané Weylové fermióny, ktorých spin a pohyb sú navzájom prepojené, čo im dáva jedinečnú „ruku“ alebo chiralitu.

Táto technika využíva vodíkové katióny (H⁺) na úpravu elektronických vlastností materiálu, čím otvára nové možnosti pre vývoj pokročilých materiálov a technológií. Objav môže viesť k vzniku nových kvantových zariadení, ktoré budú využívať unikátne topologické stavy pre pokročilé aplikácie, ako je chybozdorné kvantové počítanie či chirálne nanoelektroniky. O téme informoval portál Interesting Engineering.

Ladenie Weylových uzlov

Weylové fermióny sú častice, ktoré boli pôvodne predpovedané v teoretickej fyzike, no dnes ich vedci nachádzajú ako excitácie vo Weylových polovodičoch. Tieto materiály majú špeciálnu trojrozmernú štruktúru s Weylovými uzlami, čo sú body, kde sa ich energetické pásy pretínajú. Tieto uzly sa tvoria, keď je narušená časová reverzia alebo inverzná symetria.

Každý Weylov uzol má svoju chiralitu, ktorá je spojená s orientáciou spinu voči hybnosti častice. Uzly prichádzajú v pároch s opačnou chiralitou, a sú topologicky chránené, čo znamená, že sa ich vlastnosti ťažko menia vonkajšími vplyvmi.

Tieto vlastnosti umožňujú nezvyčajné javy, ako je chirálna anomália, kedy vzniká nerovnováha medzi časticami s rôznou chiralitou. Napriek pokrokom vo výskume však zostáva ladenie týchto exotických vlastností náročným problémom.

Unsplash

Použitie vodíka na úpravu vlastností materiálu

V novej štúdii vedci ukázali, že vodík je prvkom na úpravu topologických vlastností vo feromagnetických Weylových polovodičoch, konkrétne v MnSb₂Te₄. Zavádzaním a odstraňovaním vodíkových iónov (H⁺) sa podarilo transformovať energetickú štruktúru materiálu a vytvoriť výrazne naklonené Weylové uzly.

Táto metóda opravila defekty v materiáli, konkrétne v Mn-Te väzbách, a znížila rozptyl medzi jednotlivými Weylovými uzlami. Vodík umožnil presné ladenie chiralnych stavov, čo vedie k pokročilým možnostiam ovládania prenosu náboja.

Vedci tiež zistili, že správanie elektrických nábojov v modifikovanom materiáli závisí od smeru rotácie magnetického poľa. Tento jav vytvára prúdy s nízkymi stratami energie, ideálne pre vysoko efektívnu elektroniku.